工程热力学第12讲-第7章-1热力学基本关系式、稀溶液-108页精选文档
工程热力学课件第十二章
tw2 t f 2 1 A2h2
定义肋面总效率： ＝( A ＋A f ) / A2 2 2
A2 h2 ( t w 2 t f 2 )
定义肋侧总面积： A 2＝A ＋A 2 2
当h1/h2=3~5时，选较小的低肋 当h1/h2 >10时，选较大的高肋
复合换热
对流换热与辐射换热同时存在的换热过程称为复合 换热
r 辐射换热表面传热系数hr： hr At t w f
式中r为辐射换热量
复合换热的表面传热系数为: h=hc+ hr
总换热量：
c r hc A( t w t f ) hr A( t w t fR 2 Rh 2
tf1 tf 2 d d 1 1 1 1 ln 2 ln 3 d1h1 21 d1 22 d 2 d3h2
例题
例题12－1 热电厂中有一水平放置的蒸汽管道，内径d1，壁厚 1，导热系数为1，外包厚度2的保温层，保温材料的导热系 数为2。管内蒸汽温度tf1，管内表面传热系数h1，保温层外表 面复合传热系数h2，周围空气的温度t已知。试计算单位长度 蒸汽管道的散热损失l及管道外壁面与周围环境辐射换热的表 面传热系数hr2。 求解思路： 2、管道外壁面与周围环境辐射换热的表面传热系数hr2 复合换热的表面传热系数为: h2=hc2+ hr2 如何求得管道外壁面的对流换热表面传热系数hc2？ 对流换热类型？定性温度？特征数关联式？Nu hc2
§12－1传热过程
肋化系数
肋化系数的影响因素：
A2 A1
增加肋高，可加大，但增加肋高，会降低肋片效 率，不利于传热 减小肋间距，使肋片加密，也会加大 ，但肋间 距过密，会增大肋间流体的流动的阻力，不利于 传热。
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第三章 理想气体的性质
基本要求： 1、熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式； 2、正确理解理想气体比热容的概念，熟练应用比热容计算理想 气体热力学能、焓、熵及过程热量； 3、掌握有关理想气体的术语及其意义； 4、掌握理想气体发生过程； 5、了解理想气体热力性质图表的结构，并能熟练应用它们获得 理想气体的相关状态参数。
T
不可逆过程的熵增（过程角度）
q
T
0
克劳休斯积分不等式（循环角度）
dsiso 0
孤立系统角度
ds sf sg 非孤立系统角度
熵、热力学第二定律的数学表达式
1. 熵的定义
ds qre
T
2. 循环过程的熵
3. 可逆过程的熵变
qre Tds
ds 0,则 q 0 可逆过程中ds 0,则 q 0
dv
q cndT Tds
T s
n
T cn
T ,定容过程 cV
T ，定压过程 cp
4个基本过程中的热量和功的计算
2
2
1、定容过程
w pdv 0 1
wt 1 vdp v( p2 p1)
2、定压过程
qv u cv (T2 T1)
2
w 1 pdv p(v2 v1)
热力学上统一规定：外界向系统传热为正，系统向外界传热为负。
可逆过程的热量
T
1
B
qre = Tds
T
A
2
q
ds qrev
T
S1
S dS S2
q “+”
q “-”
热力循环
功：工质从某一初态出发，经历一系列热力状态后，又回到原来 初态的热力过程称为热力循环，即封闭的热力过程，简称循环。
工程热力学第12讲-第7章-1热力学基本关系式、稀溶液
求U ? 解：
Maxwell 关系式的应用二
（2）求H 随 p 的变化关系 已知基本公式 等温对p求偏微分
dH TdS Vdp
H S ( )T T ( )T V p p
S V ( )T ( ) p p T
S 不易测定，据Maxwell关系式 ( )T p
从公式(2)，(4)导出
U H T ( )V ( )p S S U A p ( ) S ( )T V V H G V ( ) S ( )T p p
从公式(3)，(4)导出
A G S ( )V ( ) p T T
Maxwell 关系式
2.热力学基本关系式
热力学基本关系式 特性函数 Maxwell 关系式
变组成的热力学性质关系式
状态参数的全微分条件
设函数 z 的独立变量为x，y， z具有全微分性质
z z ( x, y )
z z dz ( ) y dx ( ) x dy Mdx Ndy x y
M 和N也是 x，y 的函数
z z M N dz ( ) y dx ( ) x dy Mdx Ndy ( )x ( ) y x y y x p T ( ) S ( )V (1) dU TdS pdV V S T V ( ) ( )p (2) S dH TdS Vdp p S
(3) (4)
dA SdT pdV
dG SdT Vdp
S p ( )T ( )V V T S V ( )T ( ) p p T
每个麦克斯韦关系式表示系统在同一状态的两种变化率数值相等。利用该关系 式可将实验可测偏微商来代替那些不易直接测定的偏微商。
Maxwell 关系式的应用一
工程热力学公式
工程热力学公式一、基本状态参数相关公式1.温度（T）：-热力学温度（开尔文温度，K）与摄氏温度（℃）的关系：T（K）= t（℃）+273.15。
2.压力（p）：-绝对压力、表压力和真空度的关系：-绝对压力= 大气压力+ 表压力；-绝对压力-大气压力= 真空度。
3.比体积（v）：-质量为m 的物质，体积为V，则比体积v = V/m。
二、热力学第一定律相关公式1.闭口系统能量方程：- ΔU = Q - W，其中ΔU 是系统内能的变化，Q 是系统吸收的热量，W 是系统对外所做的功。
2.开口系统稳定流动能量方程：- ΔH + Δ（1/2mc²）+ gΔz = Q - Ws，其中ΔH 是焓的变化，m 是质量流量，c 是流体流速，g 是重力加速度，z 是高度，Q 是系统吸收的热量，Ws 是轴功。
三、热力学第二定律相关公式1.克劳修斯不等式：- ℃（dQ/T）≤0，对于可逆循环取等号，对于不可逆循环取小于号。
其中dQ 是微元热量，T 是热力学温度。
2.熵的定义式：- dS = dQ/T，其中dS 是熵的微元变化，dQ 是可逆过程中的微元热量，T 是热力学温度。
3.孤立系统熵增原理：- ΔSiso≥0，孤立系统的熵永不减少，对于可逆过程熵不变，对于不可逆过程熵增加。
四、理想气体状态方程及相关公式1.理想气体状态方程：- pV = nRT，其中p 是压力，V 是体积，n 是物质的量，R 是通用气体常数，T 是热力学温度。
2.比焓（h）、比内能（u）和比熵（s）的计算：-对于理想气体，比焓h = u + pv，其中u 是比内能，p 是压力，v 是比体积。
-比内能u = CvT，其中Cv 是定容比热，T 是热力学温度。
-比熵s = Cvln(T/T0) + Rln(v/v0)，其中T0 和v0 是参考状态的温度和比体积，Cv 是定容比热，R 是通用气体常数。
五、卡诺循环相关公式1.卡诺循环热效率：- ηc = 1 - T2/T1，其中ηc 是卡诺循环热效率，T1 是高温热源温度，T2 是低温热源温度。
工程热力学知识点电子版
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1.热力学基本概念：包括热力学系统、态函数、过程、平衡等基本概念。
2.热力学定律：包括热平衡第一定律（能量守恒），热平衡第二定律（熵增原理）以及热平衡第三定律（绝对零度定律）。
3.理想气体的热力学性质：包括状态方程、卡诺循环、理想气体的内能、焓、熵等性质，以及理想气体的不可逆过程等。
4.热功学：包括热力学势、热力学基本方程、热力学关系、开放系统
的热力学分析等。
5.蒸汽循环与汽轮机：包括蒸汽循环的基本原理、热力学效率、汽轮
机的工作原理和热力学分析等。
6.冷热交换过程：包括传热方式、传热定律、传热设备的热力学设计等。
7.蒸发和冷凝：包括蒸发和冷凝的热力学原理、热传导、传质机制等。
8.混合物与溶液的热力学性质：包括理想混合物的热力学分析、溶解度、等温吸收和等温蒸馏等。
9.平衡态的热力学：包括平衡态判定、化学反应的平衡和平衡常数等。
10.非平衡态的热力学：包括非平衡态的基本概念、非平衡态热力学
平衡准则等。
11.热力学循环与工作系统：包括往复式热机循环（如柴油循环、克
氏循环等）、蒸汽循环的分析、制冷循环等。
以上仅列举了一些工程热力学的基本知识点，具体内容还包括一些相关的热力学计算方法和应用，如热力学分析软件的应用、能源转化系统的分析等。
工程热力学课件教学PPT
qc wnet
h2
h1 h4
h3 h1
h4
T2
T1 T4
T3 T1 T4
1
1
1
1
T1 T2
T1
T2 T1
1
T3 T4
定比热—invariable specific heat capacity
12
空气压缩制冷循环特点
• 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
• 缺点：
一.简介 3
冷却水 2
冷却器
膨胀机 4
冷藏室
压缩机 1
空气压缩制冷循环过程
四个主要部件；工质：空气
1 2 绝热压缩 p T 2 3 等压冷却 向环境放热，T
3 4 绝热膨胀 T <T1 （冷库）
4 1 等压吸热 T
T1
理想化处理：①理气； ②定化热; ③ 可逆；
p
3
4
P-v图和T-s图
T
2 3Βιβλιοθήκη 1 42T01 T2
1
v 2 绝热压缩
s
s
2 3 等压冷却 p
3 4 绝热膨胀 s
逆布雷登循环
4 1 等压吸热
p
二.制冷系数—the coefficient of performance(COP)
qc qc
wnet q1 qc
q1 h2 h3
qc h1 h4
wnet h2 h1 h3 h4 h2 h3 h1 h4
T
卡诺逆循环
q1T1
w
C
q1 w
q1 q1 q2
T1 T1 T0
T1不变, T0 εC
T0 qT2 2
T0不变, T1 εC
【工程热力学精品讲义】第7章
喷管 cf p 扩压管 p cf
2） cf dcf vdp
cf
1 2
cf2
的能量来源
是压降，是焓㶲（即技术功）转换成机械能。
14
二、几何条件
dcf cf
~
dA
A
力学条件 过程方程
dp Ma2 dcf
p
cf
dp dv
pv
Ma2 dcf dv cf v
连续性方程 dA dcf dv A cf v
.
9
滞止参数的求取 ★理想气体：
▲定比热容
▲变比热容
T0
T1
cf21 2cp
p0
p1
T0 T1
1
v0
RgT0 p0
h0 T0 pr0 T1 pr1
p0
p1
pr 0 pr1
★水蒸气： h0
h1
1 2
cf21
s0 s1
其他状态参数
p0 t0
h0 h1
10 s1
4.声速方程
？ 声音的速度330m/s
速度达Ma = 7，若飞机在–20℃ 的高空飞行，其 t0 = 334 ℃。
加上与空气的摩擦温度将极高，如美国航天飞机设计承受最
高温1650℃，实际经受温度1350~1400℃
12
7–2 促使流速改变的条件
一、力学条件
dcf cf
~
dp
p
流动可逆绝热 δq dh vdp 0
气流焓㶲 dex,H dh T0ds dh vdp
c
p
s
v2 p v s
等熵过程中
dp dv 0
pv
p
v
s
p v
工程热力学课件
稳态
描述最简单
系统内的状态参数不随时间而变化
均匀态 系统内的状态参数在空间的分布均匀一致
第四节 热力学状态参数
一、常见的状态参数
1、压力 2、温度 3、比容 4、内能 5、焓 6、熵
可直接观察和测量的状态参数：基本状态参数
热量和功量 ——非状态参数
p
第四节 热力学状态参数
一、常见的状态参数 二、状态参数的特性
一、状态 ：系统在某一瞬间所处的宏观状况
二、状态参数 ：描述系统宏观状态的物理量
三、平衡态（热力学平衡状态）
热平衡：热力系统的温度均匀一致，且不随时间而变 平衡态
力平衡：热力系统的压力均匀一致，且不随时间而变
平衡态：在无外界影响的条件下，热力学系统内部工质的温度和
压力到处是均匀一致的且不随时间变化。
第一篇 工程热力学
第01章 第02章 第03章 第04章 第05章
工程热力学的基本概念 热力学第一定律 热力学第二定律 理想气体 水蒸气
第06章 第07章
气体和蒸汽的流动 压缩机的热力过程
第08章 第09章 第10章
气体动力循环 蒸气压缩制冷循环 湿空气
第01章 工程热力学的基本概念
第一节 工质的概念及应用 第二节 热力学系统 第三节 热力学平衡态 第四节 热力学状态参数 第五节 准静态过程和可逆过程
边界
可以是真实的、也可以是虚拟的； 可以是固定的、也可以是活动的。 系统与外界通过边界相互作用； 有三种交换：①物质；② 功量；③ 热量
第二节 热力学系统
一、（热力学）系统、外界、边界 二、系统与外界的类型 划分依据：物质、功量、热量交换
1、系统的类型
开口系统：与外界有物质交换
工程热力学基础
工程热力学基础全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：工程热力学是工程学科中的重要分支，研究热力学原理在工程实践中的应用。
热力学是物理学的一个分支，研究能量的转换和传递过程，是自然界中一切物质变化的基础原理。
工程热力学则是将热力学的原理应用于工程领域，用来解决能量转化和传递相关问题。
工程热力学的基础概念包括：能量、热、功等。
能量是物体所具有的做功的能力，热是物体内部原子之间由于不断运动而产生的能量，功是对外界做出的能量。
在热力学中，能量的转化是一个重要的概念，热能可以被转化为功，功也可以被转化为热能。
熵是热力学的另一个重要概念，定义为一个系统的无序程度。
熵增加代表系统有序度变低，熵减少表示系统有序度变高。
热力学第二定律指出，孤立系统的熵永远不会减少，只会增加或者保持不变。
在工程实践中，熟悉热力学的基本原理对工程师解决问题至关重要。
在汽车发动机中，热力学原理用来优化燃烧过程，提高发动机效率，减少排放。
在制冷设备中，热力学原理被用来设计制冷循环，实现热量的转移和降温。
除了基本概念外，工程热力学还涉及很多复杂的领域，如蒸汽动力、流体力学、传热传质等。
熟练掌握这些知识，能让工程师更好地解决实际问题。
工程热力学是工程学科中不可或缺的一部分，它提供了解决能量转化和传递问题的基本原理和方法。
熟练掌握热力学知识，能够帮助工程师更好地设计和优化工程系统，提高效率，减少能源消耗。
希望通过学习工程热力学基础知识，可以让大家对工程实践有更深入的理解和认识，为未来的工程发展做出更大的贡献。
第二篇示例：在工程热力学基础课程中，我们首先要了解的是热力学的基本概念和基本原理。
热力学是研究热、功和能量转化之间相互关系的科学。
在热力学中，热是指能量的一种形式，是物体温度高低、热量的传递和热量的转化。
功是能量的一种表现形式，是物体在力的作用下发生的位移。
能量转化是指能量在不同形式之间的相互转化过程。
在工程热力学基础课程中，我们需要了解的还有热力学的基本定律。
《工程热力学》课件
理想气体混合物
理想气体混合物的性质
理想气体混合物具有加和性、均匀性、 扩散性和完全互溶性等性质。
VS
理想气体混合物的计算
通过混合物的总压力、总温度和各组分的 摩尔数来计算混合物的各种物理量。
真实气体近似与修正
真实气体的近似
真实气体在一定条件下可以近似为理想气体。
真实气体的修正
由于真实气体分子间存在相互作用力，因此需要引入修正系数对理想气体状态方程进行 修正。
特点
工程热力学是一门理论性较强的学科 ，需要掌握热力学的基本概念、定律 和公式，同时还需要了解其在工程实 践中的应用。
工程热力学的应用领域
能源利用
工程热力学在能源利用领域中有 着广泛的应用，如火力发电、核 能发电、地热能利用等。
工业过程
工程热力学在工业过程中也发挥 着重要的作用，如化工、制冷、 空调、热泵等。
稳态导热问题
稳态导热是指物体内部温度分布不随时间变 化的导热过程，其特点是热量传递达到平衡 状态。
对流换热和辐射换热的基本规律
对流换热的基本规律
对流换热主要受牛顿冷却公式支配，即物体 表面通过对流方式传递的热量与物体表面温 度和周围流体温度之间的温差、物体表面积 以及流体性质有关。
辐射换热的基本规律
辐射换热主要遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律， 即物体发射的辐射能与物体温度的四次方成
正比，同时也与周围环境温度有关。
传热过程分析与计算方法简介
要点一
传热过程分析
要点二
计算方法简介
传热过程分析主要涉及热量传递的三种方式（导热、对流 和辐射）及其相互影响，需要综合考虑物性参数、几何形 状、操作条件等因素。
常用的传热计算方法包括分析法、实验法和数值模拟法。 分析法适用于简单几何形状和边界条件的传热问题；实验 法需要建立经验或半经验公式；数值模拟法则通过计算机 模拟传热过程，具有较高的灵活性和通用性。
工程热力学(讲义)
1 课程学习1.1 热力学基本定律1.1.1 热力学基本概念及定义第一节热力系热力系：由界面包围着的作为研究对象的物体的总和。
按热力系与外界进行物质交换的情况可将热力系分为：闭口系(或闭系)--与外界无物质交换，为控制质量(c.m.)；开口系(或开系)--与外界之间有物质交换，把研究对象规划在一定的空间范围内，称控制容积(c.v.)。
按热力系与外界进行能量交换的情况将热力系分为：简单热力系--与外界只交换热量及一种形式的准静功；绝热系--与外界无热交换；孤立系--与外界既无能量交换又无物质交换。
按热力系内部状况将热力系分为：单元系--只包含一种化学成分的物质；多元系--包含两种以上化学成分的物质；均匀系--热力系各部分具有相同的性质；均匀系--热力系各部分具有不同的性质。
工程热力学中讨论的热力系：简单可压缩系--热力系与外界只有准静功的交换，且由压缩流体构成。
第二节热力系的描述热力系的状态、平衡状态及状态参数*热力系的状态：热力系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。
在热力学中我们一般取设备中的流体工质作为研究对象，这时热力系的状态即是指气体所呈现的物理状况。
*平衡状态：在没有外界影响的条件下系统的各部分在长时间内不发生任何变化的状态。
处于平衡状态的热力系各处的温度、压力等参数是均匀一致的。
而温差是驱动热流的不平衡势，温差的消失是系统建立平衡的必要条件。
对于一个状态可以自由变化的热力系而言，如果系统内或系统与外界之间的一切不平衡势都不存在，则热力系的一切可见宏观变化均将停止，此时热力系所处的状态即是平衡状态。
各种不平衡势的消失是系统建立起平衡状态的必要条件。
*状态参数：用来描述热力系平衡态的物理量。
处于平衡态的热力系其状态参数具有确定的值，而非平衡热力系的状态参数是不确定的。
状态参数的特性描述热力系状态的物理量可分为两类：强度量和尺度量（1）强度量与系统中所含物质无关，在热力系中任一点具有确定的数值的物理量。
工程热力学.doc
第1章基本概念1-1 热力系统凡是能将热能转换为机械能的机器统称为热力发动机，简称热机。
例如蒸汽机、蒸汽轮机（也称蒸汽透平）、燃气轮机（也称燃气透平）、内燃机（汽油机、柴油机等）和喷气发动机皆为热机。
热能和机械能之间的转换是通过一种媒介物质在热机中的一系列状态变化过程来实现的，这种媒介物质称为工质。
例如空气、燃气、水蒸气、氨蒸气等都是常用的工质。
在工程热力学中，把热容量很大且在吸收或放出有限量热量时自身温度及其它热力学参数没有明显改变的物体称为热源。
在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为热力系统，简称系统。
系统以外的物体称为外界或环境。
系统与外界之间的分界面称为边界。
边界可以是真实的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移动的。
本文用虚线表示热力系统的边界。
如图1-1所示，如果取气缸中的气体作为研究对象，则气缸内壁和活塞内表面即构成该系统的真实边界，并且一部分边界随活塞移动。
系统通过边界与外界发生相互作用，进行物质和能量交换。
按照系统与外界之间相互作用的具体情况，系统可分为以下几类：⑴ 闭口系统：系统与外界无物质交换，如图1-1所示。
当工质进出气缸的阀门关闭时，气缸内的工质就是闭口系统。
由于系统的质量始终保持恒定，所以也常称为控制质量系统。
⑵ 开口系统：系统与外界有物质交换，如图1-2所示。
运行中的汽轮机就可视为开口系统，在运行过程中，有蒸汽不断地流进流出。
由于开口系统是一个划定的空间范围，所以开口系统又称控制容积。
⑶ 绝热系统：系统与外界无热量交换。
⑷ 孤立系统：系统与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换。
严格地讲，自然界中不存在完全绝热或孤立的系统，但工程上却存在着接近于绝热或孤立的系统。
用工程观点来处理问题时，只要抓住事物的本质，突出主要因素，就可以将这样的系统看成是绝热系统或孤立系统，而得出有指导意义的结论。
需要指出的是，选取的热力系统必须具有足够大的尺度，即和物质的微观尺度相比可以认为是无穷大，以满足宏观的假定。
工程热力学第12讲第7章1热力学基本关系式、稀溶液
对于非孤立体系
S21 S2 S1
Q
12 T
对于孤立体系
dSiso dSg 0
=：可逆过程 >：不可逆过程 <：不可能过程
第一定律和第二定律的联合表达式
克劳修斯不等式
dS Q
T
由第一定律
Q dU W dU P外dV W '
代入不等式中
dS dU P外dV W '
等号表示可逆过程，不等号表示是一个自发的不可逆过程
自由焓判据： 自发变化总是朝着自由焓减少的方向进行。
自由焓判据
定温定压系统
可用自由焓变G 判断反应的自发性
GT ,P 0 GT ,P 0 GT ,P 0
GT ,P W '
自发 平衡 非自发 不可能
表明：在恒温恒压且非体积功为零的条件下，系统自由 焓减少的过程能够自动进行，自由焓不变时处于平衡状 态，不可能发生自由焓增大的过程。
AT ,V 0 AT ,V 0
自发 平衡
AT ,V 0
非自发
AT ,V W ' 不可能
表明：在恒温恒容且非体积功为零的条件下，系统亥姆霍 兹函数减少的过程能够自动进行，亥姆霍兹函数不变时处 于平衡状态，不可能发生亥姆霍兹函数增大的过程。
自由焓（吉布斯自由能）G的引出
定温定压的体系
d
dG
H(S, p) S(H, p)
T
V
dH
特性函数
例如，从特性函数G及其特征变量T，p，求H，U，A，S 等函数的表达式。
导出：
G(T, p) dG SdT Vdp
G V ( p )T
G S ( T ) p
工程热力学全部课件pptx
与外界没有物质和能量交 换的系统。
孤立系统
封闭系统
开放系统
热力学基本定律
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡状态。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持 不变。
热力学第二定律
热力学循环
由一系列热力学过程组成的闭合路径，如卡诺循环、布雷顿循环 等。
02 热力学第一定律
能量守恒原理
1
能量不能自发地产生或消失，只能从一种形式转 换为另一种形式。
2
在一个孤立系统中，总能量始终保持不变。
3
能量转换过程中，各种形式的能量在数量上保持 平衡。
热力学第一定律表达式
Q = ΔU + W
其中，Δ(mv^2)/2表示系 统动能的变化量；
开口系统能量方程可表示 为：Q = ΔU + Δ(mv^2)/2 + Δ(mgh) + Δ(mΦ)。
Δ(mgh)表示系统势能的 变化量；
03 热力学第二定律
热力学第二定律表述
不可能从单一热源取热，使之完全转 换为有用的功而不产生其他影响。
热力学系统内的不可逆过程总是朝着 熵增加的方向进行。
具有加和性
理想气体基本过程
01
等温过程
温度保持不变的过程，如等温膨胀 和等温压缩
等容过程
体积保持不变的过程，如等容加热 和等容冷却
03
02
等压过程
压力保持不变的过程，如等压加热 和等压冷却
绝热过程
系统与外界没有热量交换的过程， 如绝热膨胀和绝热压缩
04
813工程热力学
813工程热力学一、热力学基本概念热力学是研究物质热运动及其与能量转换的科学。
它涉及到物质的状态、性质以及能量转换过程中的规律和现象。
热力学的基本概念包括温度、压力、体积、熵、焓等，这些概念是研究热力学问题的基本工具。
二、热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现。
它表明，在一个封闭系统中，能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
这意味着在任何热力学过程中，输入系统的能量必须等于输出系统的能量加上系统内部能量的变化。
三、理想气体的性质及热力过程理想气体是一种理想化的物质形态，它具有某些特定的性质和热力过程。
理想气体遵循理想气体定律，即气体的压力、温度和体积之间的关系遵循一定的数学公式。
此外，理想气体还具有能量方程、焦-汤姆生方程等重要性质，这些性质在工程热力学中有着广泛的应用。
四、热力学第二定律热力学第二定律是热力学的基本原理之一，它表明，在封闭系统中，自然发生的能量转化过程总是朝着熵增加的方向进行。
这意味着，在没有外部干预的情况下，系统总是朝着能量耗散的方向发展。
这个原理对于理解许多自然现象和工程问题具有重要的意义。
五、传热学基础传热学是研究热量传递的科学。
它涉及到热量从一种物质传递到另一种物质的过程和机制。
传热学的基础包括导热、对流和辐射三种传热方式。
这些传热方式在工程领域中有着广泛的应用，如建筑物的保温、发动机的冷却等。
六、热力学系统与环境相互作用热力学系统与环境之间的相互作用是热力学研究的重要内容之一。
它涉及到系统与环境之间的热量交换、物质交换以及能量转换等过程。
在工程领域中，这些相互作用对于系统的性能和稳定性有着重要的影响。
七、热力学系统分析方法热力学系统分析方法是指通过对系统进行定性和定量的分析，以揭示系统的本质和规律的方法。
这些方法包括热力学图解法、数理分析法、模拟法和实验法等。
这些方法可以帮助我们深入了解系统的性能和行为，为优化和控制系统提供理论依据。
工程热力学基本概念及重要公式
工程热力学基本概念及重要公式1.热力学系统和热力学过程：热力学系统是指一定空间区域内被观察的物质或物体，它可以是一个封闭系统、开放系统或隔离系统。
热力学过程是指系统经历的状态变化过程，可以分为等温过程、绝热过程、等容过程和等焓过程等。
2.热力学第一定律：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表述，即能量守恒原则。
它可以表示为：ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做功。
该定律说明了系统内能的变化等于系统吸收的热量减去系统对外做的功。
3.热力学第二定律：热力学第二定律是热力学中的基本定律之一，也被称为熵增定律。
它可以表述为系统总熵永不减小，即所有自然界的过程和现象都遵循熵增的趋势。
根据熵的定义，dS≥Q/T，其中dS表示系统熵的增量，Q表示吸收的热量，T表示温度。
这个公式说明了系统的熵增量等于吸收的热量除以温度。
4.等温过程和绝热过程：在等温过程中，系统与外界保持温度不变，即温度恒定。
根据理想气体状态方程，PV=常数，即在等温过程中，气体的压强与体积呈反比关系。
在绝热过程中，系统与外界在热量交换上完全隔绝，即吸收或放出的热量为零。
根据理想气体状态方程，PV^γ=常数，其中γ为绝热指数，指的是在绝热过程中，气体压强与体积的幂指数之积的常数。
5.卡诺循环：卡诺循环是热力学中一种完美的热机循环，它由两个等温过程和两个绝热过程组成。
卡诺循环是理想的热机循环，它在可逆过程中实现了最大的功效率。
卡诺循环的功效率可表示为η=(T1-T2)/T1，其中T1表示高温热源的温度，T2表示低温热源的温度。
6.热力学第三定律：热力学第三定律是热力学中的基本定律之一，它表明在温度等于绝对零度时，所有系统的熵都将趋于零。
这个定律的提出为研究低温物理学和凝聚态物理学提供了重要的基础。
这些是工程热力学中的一些基本概念和重要公式。
工程热力学作为能源工程和热力工程等领域的基础学科，对于能量转换和热力设备的设计与运行具有重要作用。
工程热力学课件第7章 化学热力学基础
0
上式同样只有T2未知，可求解。
§8.4 化学平衡
aA bB dD eE 反应不能进行到底，原因：存在逆反应 化学平衡状态：反应物浓度和生成物浓度不 再随时间发生变化时体系所处的状态
有关概念：
化工过程多是在恒T、v或恒p、T 下进行。为便于分 析计算，引入两个新的状态参数：自由能和自由焓
b
0 B
d e a b
整理得：
ln
pDd pEe pAa pBb p0
1 RmT
GT0
(8-25)
0 i
为温度的函数，故
GT0 也是温度的函数，温度
一定时，该反应的 GT0 为定值，即：
化学平衡常数：K p
pDd pEe pAa pBb p0
常数
将理想气体的化学位方程应用到各组分：
D
0 D
RmT
ln( pD
p0 )
E
0 E
RmT
ln( pE
p0 )
A
0 A
RmT
ln(
pA
p0 )
B
0 B
RmT
ln( pB
p0 )
代入式（8-23）: vii 0 ，并令：
GT0
d
0 D
e
0 E
a
0 A
niC
pmi
dT
R
H P
T 2
T1
niC
pmi
dT
P
代入上式，得：
aA bB
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1.自由能和自由焓
非体积功和自由能
热力学中将功分为两类：
➢ 体积功（膨胀功） ➢ 非体积功（有用功或称其它功）
自由能
➢ 热力学体系中可以用来做非体积功的能量。 ➢ 自由能有两种：
➢ 亥姆霍兹自由能（自由能） ➢ 吉布斯自由能（自由焓）
体系的自由能变化称为自由能变。
复习：熵判据--过程方向及平衡判断
状态参数的全微分条件
设函数 z 的独立变量为x，y， z具有全微分性质
z z(x, y)
dz(xz)ydx(yz)xdy MdxNdy
M 和N也是 x，y 的函数
(M y)x
2z, xy
(N x)y
2z xy
所以
M ( y )x
(
N x)y Nhomakorabea状态参数的循环关系
设函数 z 的独立变量为x，y， z具有全微分性质
dA= －SdT－ pdV
dG = －SdT + Vdp
dA
p
S
H
U
pV
dU
d
dG
TS
A
pV
T
V
dH
TS
G
热力学基本关系式的用途
由热力学基本方程计算纯物质pVT变化过程的ΔA，ΔG
dA = －SdT－ pdV
dA =－ pdV
恒温 时
dG = －SdT + Vdp
dG = Vdp
※ 对理想气体，将pV=nRT代入，积分得
dw0
dxyxwyzwdz yxwyzwxzw 1
热力学基本关系式
dUTdSpdV 四个基本公式中最基本的一个。 因为 dUQpdV d S Q
T
这是热力学第一与第二定律的联合公式，适用 于组成恒定、不作非膨胀功的封闭体系。
虽然用到了QTdS的公式，但适用于任何可逆或
不可逆过程，因为式中的物理量皆是状态函数，其变
自由焓（吉布斯自由能）G的引出
定温定压的体系
定T 温 dSd(T)S 定P 压 外 dV d(PV )
联合表达式变为： d (T)S dU d (P)V W ' d(U PV T)S W '
d(HTS )W '
定义G = H - TS
自由焓、状态函数、容量性质
则dG T,P W'
自由焓G
第一定律和第二定律的联合表达式
亥姆霍兹自由能A的引出
定温定容体系
定温 TdSd（ T） S 定容 dV0
联合表达式 则 TdS dU P外 dV W '
d(TS )dU W '
d(UTS )W '
定义
AUTS亥姆霍兹自由能、状态函数、容量性质
则 dA T,V W'
亥姆霍兹自由能A
(A)T,V W
自由焓判据： 自发变化总是朝着自由焓减少的方向进行。
自由焓判据
定温定压系统
可用自由焓变G 判断反应的自发性
GT,P 0
自发
G T,P 0
平衡
GT,P 0
非自发
GT,P W' 不可能
表明：在恒温恒压且非体积功为零的条件下，系统自由 焓减少的过程能够自动进行，自由焓不变时处于平衡状 态，不可能发生自由焓增大的过程。
化值仅决定于始、终态。但只有在可逆过程中TdS才代
表Q
R
， p d V
才代表
W
。
e
热力学基本关系式
dU = TdS－ pdV
H=U+pV dH=dU+pdV+Vdp
dH = TdS + Vdp
A=U-TS dA=dU-TdS-SdT
热力学基本关系式
（适用条件：封闭系统、不发生化学变化）
G=H－TS dG=dH -TdS - SdT
※ 对凝聚态物质，体积可以认为不变
特性函数
对于U，H，S，A，G 等热力学函数，只要其独立变量选择合适，
对于非孤立体系
S21 S2 S1
Q
12 T
对于孤立体系
dSiso dSg 0
=：可逆过程 >：不可逆过程 <：不可能过程
第一定律和第二定律的联合表达式
克劳修斯不等式
dS Q
T
由第一定律
QdUW dU P外 dVW'
代入不等式中
dSdUP外dVW'
T
则 TdS dU P外 dV W '
本讲内容
7-1 热力学基本关系式
1 自由能（亥姆霍茨函数）和自由焓（吉布斯函数） 2 热力学性质基本关系式 3 克劳修斯－克拉贝龙方程
7-2 溶液热力学
4 溶液 5 偏摩尔性质和化学位 6 稀溶液
学习要求
1 掌握自由能（亥姆霍茨函数）的定义及判据。 2 掌握自由焓（吉布斯函数）的定义及判据。 3 掌握热力学性质的基本关系式。 4 了解特性函数、麦克斯韦关系式。 5 掌握克劳修斯－克拉贝龙方程。 6 掌握偏摩尔性质、化学位、稀溶液等基本概念。 7 掌握稀溶液的拉乌尔定律、亨利定律和依数性。
上式的含义：
宏观量
①在定温定容条件下，体系亥姆霍兹自由能的减少等于过 程的可逆非体积功；
②在不可逆过程中，体系所能做的有用功小于系统亥姆霍 兹自由能的减少。
亥姆霍兹自由能判据
如果体系在等温、等容且不作其它功的条件下
(A)T,V,W 0
或
(A)T,V,W 0
等号表示可逆过程，不等号表示是一个自发的不可逆过程。
亥姆霍兹自由能判据： 自发变化总是朝着亥姆霍兹自由能减少的方向进行。
亥姆霍兹自由能判据
定温定容体系
可用自由能变A 判断反应的自发性
AT,V 0 AT,V 0
自发 平衡
AT,V 0
非自发
AT,V W' 不可能
表明：在恒温恒容且非体积功为零的条件下，系统亥姆霍 兹函数减少的过程能够自动进行，亥姆霍兹函数不变时处 于平衡状态，不可能发生亥姆霍兹函数增大的过程。
热力学函数之间的关系
H=U+pV A=U-TS G=H-TS
=U+pV-TS =U-TS+pV =A+pV
H
U
pV
TS
A
pV
TS
G
定义式适用于任何热力学平衡态体系，只是在特定的条件下才有明确 的物理意义。
2.热力学基本关系式
热力学基本关系式 特性函数 Maxwell 关系式 变组成的热力学性质关系式
z z(x, y)
z
z
dz(x)ydx(y)xdy
在函数 z 保持不变的条件下：
dz 0
xzydxyzxdy0
yxzyzxxzy 1
状态参数的链式关系
设函数 x，y， z ，w 的独立变量为两个，则
xxy,w dxyxwdyw xydw yyz,w dyy dzydw
zw wz
在函数 w 保持不变的条件下：
(G)T,p W
上式的含义：
宏观量
①在定温定压条件下，体系自由焓的减少等于过程的可逆非 体积功；
②在不可逆过程中，体系所能做的有用功小于体系自由焓的 减少。
自由焓判据
如果体系在等温、等压、且不作非膨胀功的条件下，
(G)T,p,W 0
或
(G)T,p,W 0
等号表示可逆过程，不等号表示是一个自发的不可逆过程